Электроразведочная установка

Разность потенциалов между электродами M и N согласно формуле (50) будет:

∆U_MN = U_M^AB-U_N^AB = [(I*ρ/2π)*(1/AM-1/BM)]-[(I*ρ/2π)*(1/AN-1/BN)],

следовательно:

ρ = (∆U/I)* (2π/[1/AM-1/BM-1/AN-1/BN]) = (∆U/I)*k,

где:

k = 2π/(1/AM-1/BM-1/AN-1/BN) (51).

Как видно из (51), k зависит только от геометрических размеров между питающими и измерительными электродами и его сущность в компенсации уменьшения потенциала поля или его напряженности по мере удаления точек измерения от источника.

В практике электроразведки наибольшее применение получили осевые, экваториальные и радиальные электроразведочные установки (рис. 50).

Рис. 50. Типы электроразведочных установок

Электропрофилирование (эп)

ЭП выполняется путем перемещения электроразведочной установки с заданными и не изменяющимися параметрами по системе профилей. Способ движения обычно челночный. Профили располагаются, как правило, вкрест простирания искомых объектов (рис.51).

Рис. 51. Схема электропрофилирования

челночным способом

Размеры электроразведочных установок и шаг перемещения выбирают исходя из предполагаемой глубины залегания объектов. Чем больше длина АВ и меньше MN, тем глубинность исследований увеличивается (рис. 52). Мерой увеличения является коэффициент установки k_AM1N1B > k_AMNB.

Рис. 52. Глубинность электроразведочной установки в зависимости от размеров

Приемной линии

Физической основой электропрофилирования является квазилинейное изменение напряженности поля E = f(∆U) в центре линии АВ в однородной изотропной среде, где ρ среды во всех направлениях одинаково (рис. 53-а).

Рис. 53. Графики изменения напряженности электрического поля в однородной изотропной среде (а) и в этой же среде с локальным высокоомным объектом (б)

В случае наличия в этой среде локального объекта, он отразится положительной или отрицательной аномалией в зависимости от соотношения ρ (рис.53-б).

Для осевых электроразведочных установок справедлив принцип взаимности, Суть которого в том, что если поменять местами, питающие и измерительные электроды, то в силу того, что коэффициент электроразведочной установки не изменяется, следовательно не изменяется и форма графиков ρ_к.

Способов и методов электропрофилирования много. Наиболее широко применяемыми являются:

1. Симметричное электропрофилирование (СЭП) с двойными (или без двойных) разносами питающих электродов. Форма графиков для таких установок приведена на рис. 54 и 55. Примечательно, что применение 2-х питающих линий разной длины позволяет характеризовать геологический разрез в пределах разных глубин (см. рис.53).

Рис. 54. График, полученный при профилировании симметричной установкой над плохо проводящим пластом.

I – III положения установки

Рис. 55. Графики электропрофилирования, полученные установкой

Над синклиналью и антиклиналью

2. Электропрофилирование методом срединного градиента (СГ), когда электроды А и В неподвижны и расстояние между ними в три раза превышают длину профилей по которым перемещается линия MN. Результаты наблюдений изображают в виде план-графиков _к или U. Вид установки и форма графиков приведены на рис. 56.

Рис. 56. Вид установки (а) и изображение результатов наблюдений (б) электрического профилирования методом СГ

3) Комбинированное профилирование (КП) – способ, применяемый с двумя встроенными 3-х электродными установками AMN и MNB. Линия MN – общая, имеется питающий электрод С, отнесенный в бесконечность (рис.57-а).

По результатам исследований получается два графика _к отдельно для каждой установки, что позволяет при их совместном рассмотрении выявить определенные особенности геологического разреза, которые не удается рассмотреть по другим модификациям электропрофилирования (рис. 57-б).

Рис. 57. Вид установки (а) и изображение результатов наблюдений (б)

электрического профилирования методом КЭП

4. Круговое профилирование (КрП) – способ, в основе которого лежит вращение линейной 4-х электродной симметричной установки по различным азимутам. Затем строятся полярные диаграммы по которым производится определение пространственного расположения геологических образований, в частности господствующего направления трещиноватости.

Электромагнитное зондирование (ЭЗ).

ЭЗ - это вторая основная модификация электроразведки, цель которой изучение геологических разрезов на глубину в заданной точке. Другими словами это электробурение, инструментом которого служит электрический ток. Способов ЭЗ как и ЭП много. Наиболее распространены два способа: ВЭЗ - вертикальное и ДЭЗ - дипольное электрическое зондирование.

ВЭЗ осуществляется путем последовательного увеличения размеров питающей линии АВ, когда каждый последующий разнос увеличивается по отношению к предыдущему в 1,5 - 2 раза, что соответствует логнормальному закону, т.е. чем больше разнос (длина линии АВ), тем больше вклад вторичных зарядов формирующихся на границах разделов сред.

Технология выполнения ВЭЗ описана в многочисленных учебниках, справочниках и руководствах. Она сводится к устройству на поверхности земли электроразведочной установки, состоящей из двух питающих А и В и двух измерительных (приемных) М и N электродов, расположенных симметрично относительно центра (рис. 58). Через электроды А и В от батареи или генератора в землю поступает электрический ток силой I, а между приемными электродами М и N измеряют разность потенциалов ΔU. Сделав первый замер, увеличивают разнос АВ и вновь измеряют силу тока I и разность потенциалов ΔU. На одной стоянке прибора выполняют 20-25 измерений при последовательном увеличении разносов. Максимальные разносы выбирают исходя из заданной глубины исследования, которую оценивают приближенно по формуле:

(Ζ_эф)_mах ≈ 0,1АВ (52)

Рис. 58. Схема установки вертикального электрического зондирования

К₁,К₂ - катушки с проводом; Г – генератор, И - измеритель, A,B,M,N – питающие и измерительные электроды; пунктиром показаны токовые линии

Электрическое зондирование выполняется постоянным или переменным током низкой частоты. В процессе работ на каждом разносе по результатам измерений вычисляют кажущееся сопротивление:

(53),

где k – коэффициент установки:

(54)

ДЭЗ основан на последовательном удалении друг от друга питающего и измерительного диполей (линий АВ и MN), линейный размер которых меньше расстояния между их центрами. При этом, линия MN последовательно удаляется с заданным шагом от АВ (рис. 59).

Рис. 59. Схема установки ДЭЗ

Г – генератор, И - измеритель, A,B,M,N – питающие и измерительные электроды

Пунктиром показаны токовые линии

Возможен вариант, когда от точки зондирования в противоположных направлениях удаляются и АВ и MN. В обоих случаях физика процесса такова, что чем дальше MN от АВ, тем больший вклад "ощущается" от вторичных зарядов все более и более глубоких горизонтов. Регистрируемые сигналы на каждом удалении MN, как и при ВЭЗ, отражают интегральный (суммарный) вклад зарядов, притом, что чем больший по толщине слой, тем вклад зарядов от него наибольший.

Метод ДЭЗ по отношению к ВЭЗ точнее регистрирует локальные неоднородности за счет повышенной глубинности. Кроме того его установки более мобильны. Недостаток ДЭЗ в том, что напряженность поля убывает пропорционально кубу расстояния (у ВЭЗ пропорционально квадрату расстояния) и поэтому требуется использование более мощного генератора, чем для ВЭЗ.

ТЕМА: Методы переменных (гармонически изменяющегося, неустановившегося и магнитотеллурического) электромагнитных полей. Интерпретация результатов электроразведки, ее место в комплексе работ при решении геологических задач

Модификации ЭП и ЭЗ находят широкое применение не только при использовании постоянного электрического поля, но и на основе переменных электромагнитных полей. К последним относятся:

1. Гармонически изменяющееся поле;

2. Неустановившееся поле (поле переходных процессов);

3. Магнитотеллурическое поле.

Методы на основе гармонически изменяющегося поля

Под гармоническим понимается поле, все элементы которого изменяются во времени по закону косинуса или синуса. Возбуждение (создание) поля производится как гальваническим, так и индуктивным способами. Исследования выполняются преимущественно в диапазоне частот от первых сотен герц до единиц мегагерц.

Модификация ЭП включает не менее десятка методов и способов, которые основаны на установках индукционного или смешанного, например гальваническое возбуждение-индуктивный прием, способов возбуждения и приема сигналов электромагнитного поля. Широко известен метод дипольного электромагнитного профилирования (ДЭМП). Профилирование заключается в передвижении электроразведочной установки источник-приемник (И-П), где в качестве излучателя используется индукционная рамка, а в качестве приемника - магнитная антенна (рис. 60).

Рис. 60. Схема работы методом дипольного электромагнитного профилирования

1 – генератор электромагнитного поля; 2 – передающая антенна;

3 – приемная антенна; 4 – измеритель электромагнитного поля.

Генератор имеет узел периодического выключения тока. В моменты выключения производятся измерения фоновой составляющей вертикальной компоненты магнитного поля H_z^ест , а при работе генератора такой же компоненты наведенного поля H_z^нав. По результатам ЭП строятся графики и карты (см. рис. 68).

Следует подчеркнуть, что наблюденные значения H_z^ест априори можно рассматривать в качестве показателей электромагнитной загрязненности изучаемой территории на применяемой частоте. При этом, взаимодействие естественного электромагнитного поля с тектонически-нарушенными и близкими к ним по физико-геологическим особенностям зонами имеет наибольшую активность.

Модификация ЭЗ выполняется двумя способами. Первый из них относится к малоглубинной электроразведке и носит название радиально-частотного зондирования. Оно основано по аналогии с ВЭЗ на последовательном изменении размера питающей линии на фиксированной частоте (рис. 61).

Рис. 61. Схема установки радиально-частотного зондирования

Другой способ это частотное зондирование (ЧЗ). Суть этого способа в том, что расстояние между питающим и измерительным модулем является постоянным, а частота изменяется от высоких значений до инфранизких. Происходит “задавливание” вихревых электрических токов вглубь земли. Метод относится к разряду глубинных. Проникновение электрического тока на глубину происходит вследствие скин-эффекта, суть которого в том, что на высоких частотах токи концентрируются у поверхности Земли, а на низких, наоборот, все в большей мере проникают на глубину. Исследования относят к дальной зоне, где на удалении от источника формируются плоские электромагнитные волны, проникающие в землю по вертикали. Установка ЧЗ показана на рис. 62.

Рис.62. Установка частотного зондирования

В процессе зондирования частота f изменяется с коэффициентами 1.2 – 1.5.

На каждой частоте измеряют  U() и I и вычисляют _к:

(55),

где:

(56)